Die sechs wichtigsten Arten von Lithium

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Lithium-Ionen-Batterien stehen im Mittelpunkt der Energiewende und sind die Schlüsseltechnologie für den Antrieb von Elektrofahrzeugen (EVs) und Energiespeichersystemen.

Allerdings gibt es viele Arten von Lithium-Ionen-Batterien, jede mit Vor- und Nachteilen.

Die obige Infografik zeigt die Kompromisse zwischen den sechs wichtigsten Lithium-Ionen-Kathodentechnologien basierend auf Forschungen von Miao et al. und Battery University. Dies ist die erste von zwei Infografiken in unseremReihe Batterietechnik.

Jeder der sechs verschiedenen Typen von Lithium-Ionen-Batterien hat eine andere chemische Zusammensetzung.

Die Anoden der meisten Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus Graphit. Typischerweise ist es die Mineralzusammensetzung der Kathode, die sich ändert und den Unterschied zwischen den Batteriechemien ausmacht.

Das Kathodenmaterial enthält typischerweise Lithium sowie andere Mineralien wie Nickel, Mangan, Kobalt oder Eisen. Diese Zusammensetzung bestimmt letztendlich die Kapazität, Leistung, Leistung, Kosten, Sicherheit und Lebensdauer der Batterie.

Werfen wir vor diesem Hintergrund einen Blick auf die sechs wichtigsten Lithium-Ionen-Kathodentechnologien.

NMC-Kathoden enthalten typischerweise große Anteile an Nickel, was die Energiedichte der Batterie erhöht und größere Reichweiten in Elektrofahrzeugen ermöglicht. Ein hoher Nickelgehalt kann die Batterie jedoch instabil machen, weshalb Mangan und Kobalt zur Verbesserung der thermischen Stabilität und Sicherheit eingesetzt werden. Mehrere NMC-Kombinationen waren kommerziell erfolgreich, darunterNMC811(bestehend aus 80 % Nickel, 10 % Mangan und 10 % Kobalt),NMC532, UndNMC622.

NCA-Batterien haben die gleichen Vorteile wie NMC auf Nickelbasis, darunter eine hohe Energiedichte und spezifische Leistung. Anstelle von Mangan verwendet NCA Aluminium, um die Stabilität zu erhöhen. Allerdings sind NCA-Kathoden vergleichsweise weniger sicher als andere Li-Ionen-Technologien, teurer und werden normalerweise nur in Hochleistungs-EV-Modellen verwendet.

Aufgrund der Verwendung von Eisen und Phosphat anstelle von Nickel und Kobalt sind LFP-Batterien günstiger in der Herstellung als Varianten auf Nickelbasis. Sie bieten jedoch eine geringere spezifische Energie und eignen sich eher für Elektrofahrzeuge mit normaler oder kurzer Reichweite. Darüber hinaus gilt LFP als eine der sichersten Chemikalien und hat eine lange Lebensdauer, was den Einsatz in Energiespeichersystemen ermöglicht.

Obwohl LCO-Batterien eine hohe Energiedichte aufweisen, sind ihre Nachteile eine relativ kurze Lebensdauer, eine geringe thermische Stabilität und eine begrenzte spezifische Leistung. Daher sind diese Akkus eine beliebte Wahl für Anwendungen mit geringer Last wie Smartphones und Laptops, wo sie über längere Zeiträume relativ geringe Strommengen liefern können.

LMO-Batterien, auch Mangan-Spinell-Batterien genannt, bieten erhöhte Sicherheit und schnelle Lade- und Entladefunktionen. In Elektrofahrzeugen wird LMO-Kathodenmaterial häufig mit NMC gemischt, wobei der LMO-Anteil beim Beschleunigen einen hohen Strom liefert und NMC größere Reichweiten ermöglicht.

Im Gegensatz zu den anderen oben genannten Chemien, bei denen die Kathodenzusammensetzung den Unterschied ausmacht, verwenden LTO-Batterien eine einzigartige Anodenoberfläche aus Lithium- und Titanoxiden. Diese Batterien weisen bei extremen Temperaturen eine hervorragende Sicherheit und Leistung auf, haben jedoch eine geringe Kapazität und sind relativ teuer, was ihren Einsatz im großen Maßstab einschränkt.

Nachdem wir nun die sechs Haupttypen von Lithium-Ionen-Batterien kennen, welche davon dominieren den Markt für Elektrofahrzeuge und wie wird sich das in Zukunft ändern?

Um es herauszufinden, bleiben Sie dranTeil 2desReihe Batterietechnik, wo wir uns die besten Batteriechemien für Elektrofahrzeuge nach prognostiziertem Marktanteil von 2021 bis 2026 ansehen.

Visualisierung der weltweiten Elektrofahrzeugproduktion im Jahr 2022 nach Marke

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Warum Kupfer ein kritisches Mineral ist

Wie viel Öl wird durch die Hinzunahme von Elektrofahrzeugen eingespart? Wir betrachten Daten von 2015 bis 2025P für verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen.

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Während sich die Welt auf die Elektrifizierung des Transportsektors zubewegt, wird die Nachfrage nach Öl durch die Nachfrage nach Elektrizität ersetzt.

Um die Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf den Ölverbrauch hervorzuheben, zeigt die obige Infografik, wie viel Öl laut BloombergNEF zwischen 2015 und 2025 täglich durch verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen eingespart wurde und wird.

Ein Standard-Pkw mit Verbrennungsmotor verbraucht in den USA etwa 10 Barrel Öläquivalent (BOE) pro Jahr. Ein Motorrad verbraucht 1, ein LKW der Klasse 8 etwa 244 und ein Bus mehr als 276 BOE pro Jahr.

Wenn diese Fahrzeuge elektrifiziert werden, wird das Öl, das ihre Pendants mit Verbrennungsmotoren verwendet hätten, nicht mehr benötigt, wodurch der Ölbedarf durch Elektrizität ersetzt wird.

Seit 2015 machen zwei- und dreirädrige Fahrzeuge wie Mopeds, Motorroller und Motorräder den größten Teil des weltweit durch Elektrofahrzeuge eingesparten Öls aus. Mit einer breiten Akzeptanz vor allem in Asien verdrängten diese Fahrzeuge im Jahr 2015 den Bedarf von fast 675.000 Barrel Öl pro Tag. Bis 2021 war diese Zahl schnell auf 675.000 Barrel Öl pro Tag angewachsen1 Million Barrelpro Tag.

Werfen wir einen Blick auf die tägliche Verschiebung der Ölnachfrage nach EV-Segmenten.

Während derzeit im Nutzfahrzeugsegment gearbeitet wird, fahren nur noch sehr wenige große Lkw auf der Straße elektrisch – bis 2025 wird sich dies jedoch voraussichtlich ändern.

Mittlerweile verzeichnen elektrische Personenkraftwagen seit 2015 den größten Zuwachs bei der Akzeptanz.

Im Jahr 2022 erlebte der Markt für Elektroautos ein exponentielles Wachstum mit mehr als 10 Millionen verkauften Autos. Es wird erwartet, dass der Markt im Jahr 2023 und darüber hinaus sein starkes Wachstum fortsetzt und schließlich zu einer erwarteten Ersparnis kommt886.700 Barrel Ölpro Tag im Jahr 2025.

Während die Welt von fossilen Brennstoffen auf Elektrizität umsteigt, prognostiziert BloombergNEF, dass der Rückgang der Ölnachfrage nicht unbedingt mit einem Rückgang der Ölpreise gleichzusetzen ist.

Sollten die Investitionen in neue Versorgungskapazitäten schneller zurückgehen als die Nachfrage, könnten die Ölpreise dennoch instabil und hoch bleiben.

Der Wandel hin zur Elektrifizierung wird jedoch wahrscheinlich noch andere Auswirkungen haben.

Während die meisten von uns Elektrofahrzeuge mit geringeren Emissionen assoziieren, ist es gut zu bedenken, dass sie nur so nachhaltig sind wie der Strom, der zum Laden verwendet wird. Der Wandel hin zur Elektrifizierung stellt also eine unglaubliche Chance dar, den wachsenden Strombedarf mit sauberen Energiequellen wie Wind-, Solar- und Atomkraft zu decken.

Die Abkehr von fossilen Brennstoffen im Straßenverkehr erfordert auch einen Ausbau der Infrastruktur. Ladestationen für Elektrofahrzeuge, erweiterte Übertragungskapazitäten und Batteriespeicher werden wahrscheinlich von entscheidender Bedeutung sein, um den umfassenden Übergang von Gas zu Elektrizität zu unterstützen.

Graphit macht fast 50 % des für Batterien benötigten Gewichts aus, unabhängig von der Chemie.

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Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) ist in den letzten Jahren aufgrund der zunehmenden Beliebtheit von Elektrofahrzeugen (EVs) und Speichersystemen für erneuerbare Energien sprunghaft angestiegen.

Was viele jedoch nicht wissen: Der Hauptbestandteil dieser Batterien ist nicht nur Lithium, sondern auch Graphit.

Graphit macht unabhängig von der Chemie fast 50 % des für Batterien benötigten Gewichts aus. Insbesondere in Li-Ionen-Batterien bildet Graphit die Anode, die als negative Elektrode für die Speicherung und Freisetzung von Elektronen während des Lade- und Entladevorgangs verantwortlich ist.

Um herauszufinden, wie wichtig Graphit in der Batterielieferkette ist, befasst sich diese von Northern Graphite gesponserte Infografik mit der Herstellung der Anode einer Li-Ionen-Batterie.

Graphit ist eine natürlich vorkommende Form von Kohlenstoff, die in einer Vielzahl industrieller Anwendungen verwendet wird, darunter in synthetischen Diamanten, Li-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge, Bleistiften, Schmiermitteln und Halbleitersubstraten.

Es ist stabil, leistungsstark und wiederverwendbar. Obwohl es viele verschiedene Qualitäten und Formen gibt, lässt sich Batteriegraphit in eine von zwei Klassen einteilen: natürlich oder synthetisch.

Naturgraphit wird durch den Abbau natürlich vorkommender Mineralvorkommen gewonnen. Bei dieser Methode entstehen pro Kilogramm Graphit nur ein bis zwei Kilogramm CO2-Emissionen.

Synthetischer Graphit hingegen wird durch die Behandlung von Petrolkoks und Kohlenteer hergestellt und erzeugt neben anderen schädlichen Emissionen wie Schwefeloxid und Stickoxid fast 5 kg CO2 pro Kilogramm Graphit.

Der Produktionsprozess der Batterieanoden besteht aus vier übergreifenden Schritten. Diese sind:

Jede dieser Stufen führt zu verschiedenen Formen von Graphit mit unterschiedlichen Endverwendungen.

Beispielsweise kann der bei der Formgebung entstehende mikronisierte Graphit in Kunststoffadditiven eingesetzt werden. Andererseits kann in Li-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge nur beschichteter kugelförmiger gereinigter Graphit verwendet werden, der alle vier oben genannten Stufen durchlaufen hat.

Trotz seines zunehmenden Einsatzes im Rahmen der Energiewende auf der ganzen Welt stammen derzeit rund 70 % des weltweiten Graphits aus China.

Angesichts der knappen Alternativen für den Einsatz in Batterien ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, in Nordamerika Versorgungssicherheit zu gewährleisten, und es werden umweltfreundlichere Ansätze bei der Graphitverarbeitung eingesetzt.

Mit einem geringeren ökologischen Fußabdruck und geringeren Produktionskosten dient Naturgraphit als Anodenmaterial für eine grünere Zukunft.

Klicken Sie hier, um mehr darüber zu erfahren, wie Northern Graphite den Bau der größten Anlage für Batterieanodenmaterial (BAM) in Nordamerika plant.

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